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PROCESSOS DE SOLDA A ARCO VOLTAICO
Maruan Sodré
Faculdade Talentos Humanos – FACTHUS
Jairo do Nascimento Barbosa
Faculdade Talentos Humanos – FACTHUS
Sergio Andrigo
Faculdade Talentos Humanos – FACTHUS
Resumo
A soldagem é um processo que visa a unisão localizada de materiais, similares ou não, de forma permanente, baseada na ação de forças em escala atômica semelhantes às existentes no interior do material e é a forma mais importante de união permanente de peças usadas industrialmente. Existem basicamente dois grandes grupos de processos de soldagem. O primeiro se baseia no uso de calor, aquecimento e fusão parcial das partes a serem unidas, e é denominado processo de soldagem por fusão. O segundo se baseia na deformação localizada das partes a serem unidas, que pode ser auxiliada pelo aquecimento dessas até uma temperatura inferior à temperatura de fusão, conhecido como processo de soldagem por pressão ou processo de soldagem no estado sólido.[1]
1. Introdução
Dentre os dois processos de soldagem vamos destacar o estudo do primeiro processo a cima citado denominado processo de soldagem por fusão. Esta soldadura difere daquela de resistência por dois aspectos: não só o arco elétrico é responsável pela obtenção da temperatura de fusão, como também se acrescenta metal fundido extra para completar a soldadura. Por tanto, esta é uma forma de solda por fusão, distinta da solda por pressão, onde o metal tendo chegado à temperatura de solda, é unido por
pressão, como ocorre na soldadura por resistência.[2]
2. Conceitos do processo de soldagem
2.1 Soldadura elétrica por resistência
O aquecimento mediante corrente elétrica é amplamente usado para a soldadura de metais. Normalmente se utiliza da corrente alternada (rede elétrica), a qual é bastante conveniente para a obtenção das intensas correntes necessárias ao processo. A técnica mais comum para a obtenção de tais correntes implica no uso de um transformador abaixador de tensão.
Fig. 1 – soldadura de topo
A figura (1) mostra o princípio da soldadura de topo. As peças metálicas, a serem unidas pela soldadura elétrica, são postas em contato e se faz fluir por elas uma intensa corrente elétrica. A região da junção apresenta uma resistência elétrica muito maior que aquelas
impostas pelas peças metálicas e, por isso, ali, a temperatura se eleva rapidamente até a temperatura de soldadura; forças de compressão são aplicadas para completar o processo.
2.2 - Arco elétrico
Quando a corrente cessa num circuito, mediante a ação de um interruptor ou é interrompida por qualquer outro modo, se observa a amiúde um pequeno centelha entre os terminais metálicos onde ocorreu a interrupção: trata-se de um arco elétrico momentâneo. Com altas tensões o arco tende a persistir e não raramente deve-se recorrer a métodos especiais para suprimi-lo. Por outro lado, quando controlado apropriadamente, admite úteis aplicações. No arco de carvão (carbono) - muito conhecido por arco voltaico -, são postos em contato dois bastões de carbono (normalmente revestidos por fina camada de cobre), que são separados a seguir. A intensa corrente elétrica esquenta os bastões no ponto de contacto e, quando se separam, o fluxo continua através do vapor de carbono que há entre eles, formando um arco luminoso, como na figura (c). O arco recebe este nome porque a corrente de ar quente que se eleva, tende a desviá-lo para cima, tomando a forma de um arco.
Figura 2. Arco elétrico
Grande parte da intensa luz produzida provém não propriamente do arco e sim d os extremos superaquecidos dos bastões de carvão. O carvão positivo (nas aplicações onde o sistema é alimentado por corrente contínua) alcança uma temperatura ao redor dos 3 500oC, enquanto que o negativo alcança uns 2 500oC. Isto justifica porque o positivo contribui com três quartas partes da luz produzida, mas, todavia, como queima muito mais rapidamente que o bastão negativo, fica explicado também o porque, geralmente, esse bastão é fabricado mais grosso que o outro (repare isso na figura (c) ). Sob corrente contínua, quando os bastões se encontram próximos, forma-se uma cratera no
extremo do bastão positivo. A d.d.p. necessária para manter o arco depende da separação dos bastões ou barras do material utilizado. Com eletrodos de carvão são necessários cerca de 40 volts para sua produção e devemos acrescentar uns 3 volts para cada milímetro de separação; por exemplo, um arco típico de 5 milímetros de extensão necessitará de 50 a 60 volts para ser mantido. Com eletrodos metálicos a d.d.p. de funcionamento é muito menor. A lei de Ohm, no geral, não é obedecida para a condução através de um vapor ou de um gás, sendo isso particularmente correto no caso do arco elétrico. Se a corrente elétrica que passa pelo arco for controlada e ajustada mediante um reostato em série e medirmos para sucessivos valores da intensidade de corrente a d.d.p. entre os extremos do arco, obteremos uma curva característica como a ilustrada na figura 3.
Figura 3. Curvas características de arcos.
Nota: Aqui utilizamos o eixo horizontal para as intensidades de corrente e o eixo vertical para as correspondentes d.d.p., técnica pouco comum para o levantamento de curvas características. A razão disso é que o arco não manterá uma corrente constante para uma d.d.p. fixada, porém, inversamente, se a intensidade de corrente for mantida constante (mediante um controle externo), a d.d.p. se manterá fixa. Assim, a intensidade de corrente aqui é a variável 'independente' e, como tal, grafada no eixo horizontal. A curva mostra que, ao aumentarmos a intensidade de corrente, diminui a d.d.p. através do arco. Um fator de contribui
Figura 4. Processo Bernardos
O processo de Slavianoff , de 1892 introduziu a conexão elétrica na própria vareta do material de adição, tornando o eletrodo consumível. Em 1905 Kjellberg criou o eletrodo revestido, que permitiu incorporar substâncias, para produzir efeitos especiais na solda. A evolução posterior levou ao uso do arco protegido, inicialmente com hidrogênio, e posteriormente com gases neutros.
Figura 5. Processo Slavianoff
Pouco tempo depois surgiu a solda com arco protegido a hidrogênio. Este processo, conhecido como soldagem com "hidrogênio atômico" ou soldagem "arco-atômica", utilizava um arco voltaico em atmosfera de hidrogênio, entre dois eletrodos permanentes de tungstênio.
Figura 6. Processo Hidrogênio Atômico
O hidrogênio se dissocia no arco elétrico, passando para o estado atômico com absorção de energia. Em contato com o metal de solda ou com as peças a unir, mais frios, o hidrogênio volta ao estado molecular, liberando calor e aumentando o rendimento térmico do processo. A chama produzida pela queima do hidrogênio também contribuía para o rendimento térmico. A fonte de energia era um transformador especial para produzir a alta tensão para acender o arco (acima de 70 volts), mas sem perigo para o soldador. O processo caiu em desuso quando gases neutros passaram a ser usados com atmosfera de soldagem.
5. Processos atuais de soldagem a arco voltaico
5.1 Soldagem com eletrodo revestido
É o processo mais usado, devido a sua versatilidade. É indicado para soldagem de aços. Eletrodo revestido: Os ingredientes que formam o revestimento são triturados, dosados e misturados até a obtenção de uma massa homogênea. A massa é conformada sobre as varetas metálicas, com comprimentos padrão a partir de 300 mm. Em seguida o revestimento de uma das extremidades é removido para permitir o contato elétrico com o porta-eletrodo. O eletrodo pode ter polaridade negativa ou positiva dependendo da penetração desejada. A tomada de corrente, portanto é feita numa extremidade, e o arco arde na outra. A escolha dos ingredientes do revestimento determina o resultado desejado, como eletrodos básicos, ácidos, etc.[5]
Figura 7. Soldagem eletrodo revistido.
A escória é retirada pela picadeira (um tipo de martelo) e depois uma escova de fios de aço limpa o cordão de solda.
5.2 – Soldagem TIG
5.2.1 Características Gerais: TIG - sigla proveniente do inglês Tungsten Inert Gas (no alemão denomina-se WIG, sendo o W o símbolo químico do tungstênio= wolfrâmio) - é a denominação dada ao processo de soldagem que utiliza eletrodos de tungstênio em atmosfera de gás inerte. O processo pode ser empregado com e sem metal de adição. A proteção da região da poça de fusão é feita por gases inertes como Hélio, Argônio ou mistura de ambos (dependendo do metal a ser soldado).
5.2.2 Eletrodos : embora chamados de permanentes, os eletrodos de tungstênio são consumíveis. Em condições normais, os eletrodos mais comuns (150 mm e 170mm) duram cerca de 30 horas de arco aberto.
5.2.3 Grau de automação : Na maioria dos casos o processo é manual. Uma das mãos conduz a tocha e a outra conduz a vareta do material de adição, como no processo de soldagem oxi- acetilênica. O processo também pode ser semi- automático ou totalmente automático, embora estas opções não sejam comuns.
Figura 8. Soldagem TIG.
A soldagem TIG automática existe em duas versões: sem metal de adição e com metal de adição. Ambas as versões aplicam-se para fabricação em série, no caso de chapas finas de ligas leves, inoxidáveis, alguns aços comuns ou ligas. A solda tem um belo aspecto, com excelente regularidade de penetração e alta produtividade. É indicada para grandes séries onde sejam exigidos: trabalho limpo, esmero e precisão de montagem. Usos : O processo TIG é especialmente indicado para alumínio, magnésio e suas respectivas ligas, aço inoxidável e para metais especiais como titânio e molibdênio. É também utilizado para aços comuns e ligados, sobretudo para espessuras pequenas e médias. Com a utilização de metal de
adição pode-se soldar chapas espessas, principalmente em ligas leves e aços inoxidáveis. [2]
5.2.4 Custos : os materiais de consumo (gás inerte e eletrodo de tungstênio) são relativamente caros. A mão de obra empregada deve ter boa formação.
5.2.5 Indicações : o processo TIG é usado para aços comuns e especiais, principalmente para pequenas espessuras (menores do que 2 ou 3 mm) onde é possível obter melhor aspecto da solda e menores deformações nas peças. É o principal processo quando se trata de ligas leves e metais especiais (por exemplo, quadros de bicicletas e indústria aeroespacial). O TIG é considerado insubstituível quando se trata de obter bom aspecto da junta combinado com baixas tensões internas e pequenas deformações no aço inoxidável.
5.3 Soldagem Plasma
5.3.1 Características: Embora o arco voltaico seja um plasma, somente um dos processos recebe o nome de soldagem plasma. A particularidade que levou a esta designação é o fato que o calor chega até a peça sem a existência de um arco conectado a ela. O arco existente é estabelecido dentro de uma tocha, entre um eletrodo de tungstênio e um bocal de cobre que o circunda.
Figura 9. Soldagem Plasma.
5.4 Soldagem MIG / MAG
5.4.1 Características: MIG (Metal Inert Gas) é a denominação que se dá ao processo que utiliza um arco em atmosfera de gás inerte que arde visível entre a peça e um eletrodo nu consumível. No caso de ser usado gás ativo, denomina-se o processo de MAG (do inglês, Metal Active Gas).
metal fundido, além de componentes geradores de gases e vapores protetores do arco e formadores de escória de cobertura.
Figura 12. Soldagem com eletrodo tubular
5.6.3 Correntes : Em relação ao processo com eletrodo revestido convencional, permite o alcance de maiores densidades de corrente.
5.6.4 Tipos/ versões : São duas as versões do processo. Na primeira a proteção do arco é feita somente pela ação física e química do pó investido no arame-eletrodo (figura). Na segunda o arco fica envolvido por um fluxo adicional de gás protetor que flui do mesmo bocal de onde emerge o eletrodo tubular.
6. Código Internacional de Identificação dos Processos
A figura abaixo nos mostra a tabela com as siglas internacionais normalmente utilizadas na identificação dos processos de soldagem e processos correlatos. As siglas são empregadas na maioria dos artigos técnicos e catálogos, e originárias da AWS (American Welding Society).
Figura 13. Tabela internacional de identificação de processos de soldagem
7. Tipos de Equipamentos para solda
Existem vários equipamentos utilizados nos muitos processos de soldagem, serão demonstrado abaixo equipamentos básicos para realização de soldagem por arco voltaico.
Figura 14 maquina de solda
A figura 14 acima mostra uma maquina comum de solda ela faz gerar a corrente que vai criar o arco elétrico para ser realizada a soldagem através de um eletrodo.
Figura 15 porta eletrodo
Equipamento usado para prender o eletrodo durante o processo de soldagem e permitir a troca rápida dos mesmos ao serem consumidos.
Figura 16 eletrodos revestidos
7. Equipamentos de Segurança
Como todo trabalho a execução de serviços em solda exige-se também a utilização de equipamentos de segurança para a realização das tarefas, que vão minimizar danos em caso de acidentes e manter a integridade física dos executantes durante o processo de soldagem, devido ao alto grau de luminosidade, emissão de gases, projeção de partículas e risco de explosão durante o processo
Botas com solado isolante Óculos de proteção Avental em couro Mangotes Luvas de raspa Mascara tipo escudo
Referências
[1]http://pt.wikipedia.org/wiki/Soldagem data do acesso dezembro 2010
[2]http://www.feiradeciencias.com.br/sala12/12_12.asp data do acesso dezembro 2010
[3]www.demec.ufmg.br/ema097solda/ data do acesso dezembro 2010
[4]www.demet.ufmg.br/labs/soldagem/textos/fisica_da_ soldagem.pdf data do acesso dezembro 2010
[5]www.eps.ufsc.br/disserta/ramos/.../cp4_ram.htm data do acesso dezembro 2010
[6]www.esmb.ensino.eb.br/portalmnt/informatbel/infor matbel13.pdf data do acesso dezembro 2010
